Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-8954
Authors: Keller, Alexander
Title: Systematisches Erschließen der Merkmale technischer Systeme am Beispiel der Grundlagen des Konstruierens von und mit hybriden, intelligenten Konstruktionselementen
Other Titles: Systematically exploring the characteristics of technical systems demonstrated at the fundamentals of the design of and designing with hybrid, intelligent design elements
Issue Date: 2016
Publisher: Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
metadata.ubs.publikation.seiten: XII, 217
Series/Report no.: Bericht / Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, Universität Stuttgart;646
URI: http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/8971
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-ds-89719
http://dx.doi.org/10.18419/opus-8954
ISBN: 978-3-922823-94-0
Abstract: Eine systematische Darstellung technischer Systeme, insbesondere von Konstruktionselementen, und ihrer Merkmale in einem einheitlichen Rahmen und mit Bezug zu konstruktionsmethodischen Methoden, Werkzeugen oder Hilfsmitteln ist bisher nicht verfügbar. Eine allgemeine Vorgehensweise, um in der Entwicklung befindliche technische Systeme verschiedener Disziplinen in dieser Weise darzustellen, fehlt ebenfalls. Diese Arbeit beschreibt, wie die Merkmale technischer Systeme ausgewählter Disziplinen der konstruktiven Ingenieurwissenschaften systematisch erschlossen werden können. Der Ansatz zum Erschließen der Merkmale ist angelehnt an die Phasen I und II des Konstruktionsprozess nach VDI 2221. Dies wird am Beispiel der hybrider, intelligenter Konstruktionselemente (HIKE) während ihrer fortschreitenden Entwicklung gezeigt. Diese Beschreibung ist kompatibel mit bewährten Konstruktionsprozessen, Methoden, Werkzeugen und Hilfsmitteln. Sie berücksichtigt insbesondere konstruktionstheoretische Ansätze zur Darstellung von Merkmalen und Eigenschaften. Die Vorgehensweise zum Erschließen der Merkmale technischer Systeme hat zum Ziel, Informationen über technische Systeme mit Bezug zu einem Konstruktionsprozess für eine Darstellung angelehnt an Pahl et al. bereitzustellen. Die Informationen werden durch folgende Gesichtspunkte gegliedert: Das System wird bildlich dargestellt (a) und die generelle Wirkung angegeben (b). Mit der Funktionsstruktur (c), der Elementarfunktion (d) und der Aufgabe im Regelkreis (e) wird die Funktionalität des Systems beschrieben. Die Effektträger (f), Oberflächenmerkmale (g) und Gestaltelemente (h) greifen die Gestalt des Systems auf. Wirkstruktur (i) und Wirkprinzipien (j) konkretisieren die Funktionserfüllung. Im Elementmodell (k) werden Funktion und Gestalt in Bezug gesetzt. Die Ergänzung der Hauptmerkmalliste (l) fasst systemspezifische Merkmale zusammen. Die Punkte (b) - (l) werden direkt durch die Vorgehensweise adressiert. Die Bauformen (m) stellen den Bezug zu Ausführungsvarianten her. Gestaltungsrichtlinien (n) sowie Methoden, Hilfsmittel und Werkzeuge (o) beziehen sich auf den Zusammenhang zwischen Konstruktionsprozess und System. Einzelnachweise (p) verweisen auf (weiterführende) Quellen. Die Punkte (m) - (p) werden nicht direkt durch die Vorgehensweise adressiert. Sie zielt auf die Systembeschreibung ab, nicht auf die Beschreibung des Konstruktionsprozesses. Aus den Punkten (a) - (l) können jedoch Informationen für diesen Zweck aufgegriffen werden. Die generelle Wirkung beschreibt den Nutzen eines Systems. Die Funktionsstruktur zeigt die Teilfunktionen auf. Ausgehend von einer bildlichen Darstellung des Systems werden die Teilsysteme in Schritt erkannt. Das System wird nach Koller auf Gestaltelemente und weitere Beschreibungskriterien hin analysiert. Die Wirkelemente WE und die Wirkelementpaare WEP werden bestimmt. Teilfunktionen und Effekte werden einander zugeordnet und Teilfunktionen sowie Teilsysteme werden in Bezug gesetzt. Die Grenzelemente GE sowie die Strukturelemente SE werden bestimmt. Weiterhin werden die Wirkprinzipien beschrieben. Sie ermöglichen, die WEP sowie die Leitstützstruktur zu beschreiben. Teilsysteme und WE, GE sowie SE werden einander zugeordnet. Somit kann den Teilfunktionen ein Ort der Funktionsumsetzung zugeordnet werden. Mit den Wirkprinzipien wird die Wirkstruktur aufgestellt. Schließlich wird das Elementmodell erstellt. Die so identifizierten Merkmale ergänzen eine allgemeine Hauptmerkmalliste z. B. nach Pahl et al.. Die Ergebnisse werden schließlich zusammengefasst und in erweiterter Form angelehnt an Pahl et al. gegliedert.
So far, technical systems and their characteristics have not been comprehensively presented in a standard framework that relates to the methods, tools and resources of engineering design methodology. Also a general approach is missing that allows for presenting technical systems regardless of their technical discipline whilst they are under development. A procedure is described for systematically exploring the characteristics of technical systems. This procedure especially takes account of the phases I (definition) and II (layout design) of the engineering design process of VDI 2221. Taken from engineering design an example will explain this procedure focusing on hybrid intelligent design elements (HIKE). They are continuously under development within the research group DFG FOR 981 HIKE of the University of Stuttgart, funded by the German Research Foundation. The procedure is compatible with established engineering design processes, methods, tools and resources. It especially considers the approaches from engineering design theory for representing characteristics and properties. The procedure aims at providing information about technical systems that relates to an engineering design process. It is aligned with and based upon the presentation of technical systems given by Pahl. The information is structured as follows: The system is depicted (a) and the general effect is specified (b). The function structure (c), the basic function(s) (d) and the task in a control loop (e) explain the functionality of the system. The embodiment of the effects (f), surface characteristics (g) and gestalt elements (h) refer to the gestalt of the system. The working structure (i) and the working principle (j) concretize how the functions are realized. The element model (k) (also known as contact and channel model [C&CM]) links functions with gestalt. The amendment to the list of basic characteristics (l) comprises specific characteristics of the considered system. The items (b) - (l) are directly addressed by the procedure. The design variants (m) refer to different layouts of a system. Design guidelines (n) as well as methods, tools, and resources (o) consider the relationship between design process and system. References (p) tell about the origin of information and further reading. The items (m) - (p) are not directly addressed by the procedure. It focusses on describing the system and its characteristics. It does not aim at describing the design process. However, the items (a) - (l) can be taken into account as a source of information for this purpose. The general effect describes the use of the system. The function structure details on the sub-functions. Starting from a graphical representation of the system, the sub-systems are identified in step. The system is analysed especially with respect to gestalt elements according to Koller. The working elements (WE) and the working element pairs (WEP) are determined. Sub-functions and effects are allocated to each other. Sub-functions and sub-systems are assigned to each other, accordingly. The boundary elements (GE) and the structure elements (SE) are identified. Furthermore, the working principles are specified. This allows for characterizing the channel and support structure (CSS). The subsystems are assigned to WE, GE as well as SE. Thus, sub-functions can be allocated to a position where the function is put into effect.The working principles establish the working structure. Finally, the contact and channel model (C&CM) is compiled. The characteristics identified during this procedure provide an amendment of the basic characteristics list by Pahl. The results are summarized and structured in an extended version based upon Pahl et al.. The theoretical evaluation indicated that the procedure meets most of the requirements regarding revisability, soundness, comprehensibility, structuring a task, compatibility, flexibility, practical relevance, usefulness and problem specificity. The practical evaluation with probands showed similar results. However, the need for further development was revealed. Comprehensibility, effectiveness and efficiency have to be improved. Furthermore, problem specificity should be increased in order to motivate users.
Appears in Collections:07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
KELLER_Dissertation.pdf24,17 MBAdobe PDFView/Open


Items in OPUS are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.